1. `엔탈피 (Enthalpy) : H `
ㅇ 계가 품고있는(보유하는) 총괄적 에너지 : H = U + PV
- 즉, 계에 열이 가해졌을 때, 내부에너지,압력,부피 모두가 관여하는, 총괄 물성 변수
※ 통상, 일정 대기압 하의 열린 용기에서, 열 에너지(열량)의 변화(입출입)에 만 주목함
- 즉, 역학적 관점(압력,부피)을 가급적 배제하고, 오로지, 입출입하는 열 에너지에 만 집중 함
- 결국, 일정 압력 하의, 어떤 개방된 열역학적 계 내에, 포함되는 총 열 에너지에 관심을 가짐
. 쉽게, 물질 내부에 포함된 열량에 만 주의를 기울임
※ 또한, 화학반응 관점에서, 화학결합에 내재된 (잠재된) 에너지로써,
- 분리 보다 결합되어있을 때, 에너지 측면에서, 얼마나 안정한가를 나타내기도 함
. 결국, 결합 엔탈피(결합을 끊기위한)가 클수록, 화학결합이 안정함을 의미함
2. `엔탈피 변화 : ΔH `
ㅇ 엔탈피 변화 ΔH
- 일정 압력 하에, 계와 주위 사이에 주고받는 열량 = 열 에너지 변화량
ㅇ 굳이, 엔탈피 절대량이 아닌 변화량 만을 따지는 이유
- 그 이유로는,
. 역학적 관점의, PV 일(압력 부피 일 W = - PΔV)을 배제하고,
. 열역학적 관점의, 열과 에너지에 만 집중케 하기 위함
- 이를위해, 다음과 같이 제한시킴
. 압력이 일정할 때로 국한시킴
. 처음과 최종 상태 만을 고려 함
. 매 변화 마다 그 결과 만을 관심 갖음 (즉, 열역학적 과정)
- 결국, 엔탈피 변화를 다음과 같이 정의함
. 일정 압력 하에서, 흡수/방출한 열량(흡열/발열 열량)과 같아지도록 정의함
3. `엔탈피 H` 및 `엔탈피 변화 ΔH`의 정의
ㅇ 계에 가해지는 일 에너지(W),열 에너지(Q)는, 계의 내부 에너지의 변화(ΔU)를 초래
- ΔU = W + Q
ㅇ 이때, 일정 압력(P) 하에서 계에 전달된 열량 Q는,
- 계의 내부에너지에서 계가 받은 일(W)을 빼면 됨
- 즉, (Q = ΔU - W)
ㅇ 여기서, 엔탈피 변화(ΔH)를, 계가 받은 열량(Q)으로써 정의하면, 다음과 같은 관계식이 얻어짐
- Q = ΔU - W = ΔU + P ΔV = Δ(U + P V) = ΔH
. Q : 열량
. U : 내부 에너지, ΔU : 내부 에너지 변화
. W : 열역학적 일 (PV 일)
. P : 외부 압력 (일정)
. V : 부피, ΔV : 부피 변화
. P V : 압력 부피 일 (압력과 부피의 곱으로 표현된 일 W = - P ΔV)
. H : 엔탈피 = (U + P V)
= (U + P/ρ)
.. P/ρ : 유동 에너지/유동 일
(유체를 움직이고, 유동 유지를 위해 필요한 단위 질량당 에너지)
. U,P,V,H : 모두 상태함수 임
.. (상태함수 : 중간 과정이 어떻든 상관없이, 처음과 최종 상태에 만 의존)
ㅇ 엔탈피 단위 : [J] 또는 [J/mol]
- 에너지 단위와 같음
4. 엔탈피 변화의 의미
ㅇ 엔탈피 변화(증감)의 의미는,
- ΔH : 엔탈피 변화 = ΔU + P ΔV = Δ(U + P V) = Q
. 즉, 엔탈피 변화는, 일정 압력(P) 하에서 계가 흡수/방출한 열량 Q와 같음
※ 유체의 경우에는, 엔탈피 변화량은,
- 유체의 내부 에너지(U)와 유동 에너지(PV)를 조합한 량
※ (화학에서 엔탈피 부호 규약)
- 흡열 (endothermic) : ΔH > 0 (열이 계 안으로 들어옴, 엔탈피 증가)
- 발열 (exothermic) : ΔH < 0 (열이 계 밖으로 나감, 엔탈피 감소)
ㅇ 결국, 엔탈피 변화는,
- 일정 압력 하에서,
- 계가 열을 흡수/방출하면서,
- 부피 변화를 반영한,
- 보정된 내부 에너지
5. 엔탈피의 특징
ㅇ 보정된 내부 에너지 (부피 변화까지 고려)
- 엔탈피 변화는, 화학반응에서,
. 일정 압력 하에 흡수 또는 방출된 열량에다가,
. 부피 변화(팽창 일)까지 반영한 보정된 내부 에너지
ㅇ 열역학적 변수(열역학적 상태량) 중 하나로써,
- 물질의 양에 비례하는 종량적 상태량
ㅇ 경로에 의존 않는 상태 함수 (즉, 점 함수 임)
- 중간 과정이 어떻든 상관없이, 처음과 최종 상태에 만 의존
ㅇ 다른 상태량들과의 함수 관계로 표현 가능
- 엔트로피,압력,입자수의 함수 관계로 나타낼 수 있음
ㅇ 측정 가능한 량
- 계의 열용량에 온도 변화를 곱하여 측정될 수 있는 량 (Q = C ΔT)
ㅇ 열 에너지의 변동(화학적 변화 : 상 변화)을 나타내는, 열역학적 변수
- 즉, 반응열 (Heat of Reaction) : (상변화 때의 엔탈피 변화량)
. 용융열 : (녹을 때의 엔탈피 변화량)
. 증발열 : (끓을 때의 엔탈피 변화량)
6. [화학반응]
※ ☞ 상 변화 참조
- 순수물질에서 일어나는 물리적 변화에 필요한 엔탈피 변화량
. 例) 얼음이 녹을 때의 엔탈피 변화량 (용융열) : 6.02 KJ/mol
. 例) 물이 끓을 때의 엔탈피 변화량 (증발열) : 40.7 KJ/mol
※ ☞ 결합 엔탈피, 반응 엔탈피 참조
- 화학결합을 분리/해리하는데 필요한 엔탈피 변화(에너지 변화)